磁場検出装置およびその製造方法
【課題】 基板から突出させることなく磁場検出素子を配し、装置の小型化を図ることが可能な、磁場検出装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る第二の磁場検出装置は、互いに直交する３軸方向の磁場をそれぞれ検出する３つの磁場検出素子１０２、１０３、１０４を基板１０１’（１０１）に備えてなる磁場検出装置１００であって、前記磁場検出素子のうち少なくとも１つ１０４は、前記基板１０１’（１０１）を貫通する貫通孔に充填された磁性材料１０７を用いてなる。１０７ａ〜１０７ｄは磁性材料が充填された貫通孔を表す。
【解決手段】 本発明に係る第二の磁場検出装置は、互いに直交する３軸方向の磁場をそれぞれ検出する３つの磁場検出素子１０２、１０３、１０４を基板１０１’（１０１）に備えてなる磁場検出装置１００であって、前記磁場検出素子のうち少なくとも１つ１０４は、前記基板１０１’（１０１）を貫通する貫通孔に充填された磁性材料１０７を用いてなる。１０７ａ〜１０７ｄは磁性材料が充填された貫通孔を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場検出装置およびその製造方法に係り、より詳細には、基板の厚み方向に磁場検出素子を内蔵させてなる磁場検出装置と、基板に設けた貫通孔を利用して磁場検出素子を形成する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器や計測、制御機器の高性能化、小型薄型化および低コスト化が急速に進み、これらの急速な発展に伴い、それらに用いられる磁気センサにも小型、低コスト、高感度などの要求が高くなってきている。
【０００３】
従来から用いられている磁気センサとしてはホール素子、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、フラックスゲートセンサなどが知られている。これらセンサへの小型化、高感度化、大レンジ化への要求としては、例えば、コンピュータの外部記憶装置としてのハードディスク装置に用いられる磁気ヘッドには、従来のバルクタイプの誘導型磁気ヘッドからＭＲヘッドへと高性能化が進んでおり、現在ではＧＭＲ素子を適用しようとする研究が活発に行われている。また、モータの回転センサであるロータリエンコーダではマグネットリングの微小化に伴い、外部に漏れる磁束が微小になっており、現在のＭＲ素子に変わり高感度な磁気センサが要求されている。
【０００４】
これらの要求を満たす為、磁気インピーダンス素子（以下、ＭＩ素子とも略称する）と呼ばれる、外部印加磁界や周波数の関数としてそのインピーダンスの変化から、外部磁場の大きさそのものを検出する検出素子が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
また、この磁気インピーダンス素子と呼ばれる高周波キャリア型磁場検出素子を用いて、磁場ベクトルの異なる２成分を測定する装置が提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００６】
磁界検出センサは１つの素子で一軸磁界成分を検出することが可能である。２つの素子を用いる場合、外部磁界の第一軸成分を検出する為に配設された第一感磁素子と、第一感磁素子が配設される面と共通法線を有する面に配設された外部磁界の少なくとも他の一つの第二成分を検出する為に配設された第二感磁素子とからなる磁界検出装置として用いることにより、第一軸、第二軸を水平面に取れば水平成分中の第一軸方向の地磁気と第二軸方向の地磁気との大きさの比から、水平面における方向を検出する方位検出装置として用いることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、上記技術により検出可能となるのは任意の磁場ベクトルの２成分までである。従来、２個の磁気センサだけでは水平回転の二次元の方向もしくは回転角しか検出することができない。正確な方位の検出や姿勢制御には任意の磁場ベクトルの第三成分を検出する必要がある。
【０００８】
この第三成分を検出するためには、例えば、予め一方向の磁場を検出する磁場検出センサを作製した後、装置基板上に３つの成分を検出する素子として個別に配置するか、または面内に２つの成分を検出する素子を作製した後、残り１つの成分を検出する素子を配置しなければならない。従来の技術においては、同一基板上に作製可能な素子は基板面に平行な２つの成分までであった（特許文献３参照）。
【０００９】
図５は、従来の磁場検出装置の一例を示す図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は線分Ｂ−Ｂ’における断面図を表す。図５において、２００は磁場検出装置、２０１は第一基板、２０２はＸ素子（第一軸成分を検出する為に配設された第一感磁素子）、２０３はＹ素子（第二成分を検出する為に配設された第二感磁素子）、２０４はＺ素子（第三成分を検出する為に配設された第三感磁素子）、２０５は第二基板である。
【００１０】
図５に示すように、３つの成分を検出する為には、予め２つの成分（例えば第一成分と第二成分）を検出するためのＸ素子２０２とＹ素子２０３が一面に配された第一基板（装置基板ともよぶ）２０１と、残り１つの成分（例えば第三成分）を検出するためのＺ素子２０４を備えた第二基板２０５とを用意し、Ｚ素子２０４を含む面が第一基板２０１の一面に対して垂直をなすように、第二基板２０５を第一基板２０１に搭載する必要がある。
【００１１】
しかしながら、磁場検出素子は検出する磁場方向に長さが必要となるので、第一基板２０１に垂直方向の磁場を検出する素子（Ｚ素子２０４）を搭載する場合は高さ成分が増加してしまい、必然的に小型化には限界が生じるため、磁場検出装置が大型になってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開平０６−１７６９３０号公報
【特許文献２】特開平０６−２８１７１２号公報
【特許文献３】特開２００３−３５７５７号公報
【特許文献４】特開２００１−２９６１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、基板から突出させることなく磁場検出素子を配し、装置の小型化を図ることが可能な、磁場検出装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に係る磁場検出装置（以下、第一の磁場検出装置とも呼ぶ）は、基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなる磁場検出素子を具備したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２に係る磁場検出装置（以下、第二の磁場検出装置とも呼ぶ）は、互いに直交する３軸方向の磁場をそれぞれ検出する３つの磁場検出素子を基板に備えてなる磁場検出装置であって、前記磁場検出素子のうち少なくとも１つは、前記基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項３に係る磁場検出装置は、請求項１又は２において、前記基板は、前記磁場検出素子の出力電圧を検出する検出手段を具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項４に係る磁場検出装置の製造方法は、基板を貫通する貫通孔に磁性材料を充填して磁場検出素子を形成する工程を少なくとも具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る第一の磁場検出装置は、基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなる磁場検出素子を備えているので、磁場検出素子の本体すなわち磁場検出素子が検出する磁場方向に要する長さ部分を、基板の厚み方向に収納した形態とすることができる。つまり、第一の磁場検出装置は、磁場検出素子を基板の外部に突出させずに設けることが可能となるので、磁場検出装置の小型化、薄型化および軽量化が図れる。
【００１８】
本発明に係る第二の磁場検出装置は、互いに直交する３軸方向の磁場をそれぞれ検出する３つの磁場検出素子を基板に備えてなる磁場検出装置であって、前記磁場検出素子のうち少なくとも１つは、前記基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなる。
かかる構成によれば、２つの成分（例えば第一成分と第二成分）を検出するためのＸ素子とＹ素子が基板の一面に配置し、かつ、残り１つの成分（例えば第三成分）を検出するためのＺ素子の本体すなわち磁場検出素子が検出する磁場方向に要する長さ部分を、基板の厚み方向に収納した形態とすることができる。ここで、基板の厚み方向に収納した形態とは、基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を意味する。ゆえに、本発明は、第一成分と第二成分を検出するＸ素子とＹ素子は基板面内に、第三成分を検出するためのＺ素子は基板の外部に突出させず基板の肉厚内に、それぞれ設けることが可能となるので、小型化、薄型化および軽量化の図れた３軸方向磁場検出装置（第二の磁場検出装置）をもたらす。
【００１９】
本発明に係る磁場検出装置の製造方法は、基板を貫通する貫通孔に磁性材料を充填して磁場検出素子を形成する工程を少なくとも具備している。
かかる構成よれば、前述した第一または第二の磁場検出装置において、基板の厚み方向に収納した形態をなす磁場検出素子を作製できる。ゆえに、上記工程を少なくとも備えた製法は、本発明に係る第一または第二の磁場検出装置の提供に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では、本発明に係る磁場検出装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１〜図４は、本発明に係る磁場検出装置を作製する手順の一例を示す図であり、分かりやすいように構成要素を適宜誇張して描いてある。
図１は、本発明に係る磁場検出装置の基板に貫通孔を設けた状態の一例を示す図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は線分Ａ−Ａ’における断面図を表す。
図２は、基板に設けた貫通孔内に磁性材料を充填し、磁性材料を線状に結合させて１つ目の素子（例えばＺ素子）を形成した状態を示す断面図である。
図３は、２つ目及び３つ目の素子（例えばＸ素子、Ｙ素子）用の開口部を確保しつつ、基板面に絶縁層を設けた状態を示す平面図である。
図４は絶縁層上に２つ目及び３つ目の素子を形成した状態を示す平面図であり、本例に係る３軸方向磁場検出装置の一例を示す図である。
【００２２】
先ず、図１に示すように、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）の電子回路（不図示）を集積化してある磁場検出素子用の基板１０１に貫通孔１０６を形成する。
基板１０１としてシリコンを用いる場合は、貫通孔を形成する手法として光電解研磨法を用いることにより指定の箇所に貫通孔を設けることが可能となる。光電解研磨法により指定の箇所に貫通孔を形成する手法については、ここでは詳細は省略するが、例えば特開２００２−１６１４００号公報に開示されている手法などが適用できる。
なお、基板１０１を構成する材料としてはシリコンの他に、例えばセラミックス、ＰＣＢ樹脂、ガラス等などからなる平板状の基材が好適に用いられる。また、貫通孔の形成方法については光電解研磨法の他に、例えばＤｅｅｐＲＩＥ法、ドリル法、サンドブラスト法などを用いても良い。
【００２３】
次に、基板１０１の貫通孔１０６に溶融金属吸引法を用いてＣｏＮｂＺｒ等の磁性材料１０７を充填する。この後、基板１０１の両面に対してフォトレジストを用いたフォトリソグラフィおよびＣｕめっき法等を用い、磁性材料で充填された貫通孔１０７ａ〜１０７ｄを導電材料１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄで接続し、Ｚ軸方向のＭＩ素子をつづら折り状とする。また導電材料１０８ａ、１０８ｅを用い、搬送波信号回路と接続された入出力端子１０４ａ、１０４ｂと貫通孔１０７ａ、１０７ｄとをそれぞれ接続する。その後、フォトレジストをアルカリ剥離液又はプラズマエッチング法で除去する。
これにより、図２に示すような磁性材料が充填された貫通孔１０７を導電材料１０８で接続してなる基板１０１を得る。
ここで作製した導電材料は、貫通孔に充填した個々の磁性材料を接続することにより、素子長を延ばした形態を実現する。この形態は、磁気検出素子のインピーダンスの増加をもたらし、ひいては検出磁界感度の向上に寄与する。
【００２４】
この発明に係る磁気検出素子は、上記溶融金属吸引法で作製した磁性材料に限らず、全ての磁性材料で有効である。つまり、ＮｉＦｅやＦｅＣｏＳｉＢ、ＣｏＮｂＺｒ等の非晶質磁性材料や結晶性磁性材料を用いた場合においても同様である。また、貫通孔充填方法についても何ら限定されるものではなく、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ、めっき法等が使用できる。貫通孔を接続する材料もＣｕに限らず、成膜方法もスパッタ法等を用いることにより、ＡｇやＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等、Ｃｕ以外に多様な材料を用いることができる。
【００２５】
次いで、図３に示すように、Ｘ軸方向を検知するＭＩ素子（Ｘ素子）とＹ軸方向を検知するＭＩ素子（Ｙ素子）に対して、それぞれ搬送波信号の入出力端子に整合する位置に開口部１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂを有する絶縁層を形成する。図３において、１０１’は例えば絶縁層を設けて表面の絶縁化を図った状態の基板を表す。
その際、絶縁層を構成する材料としては、例えば窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。このような絶縁層は、例えばＣＶＤ法、回転塗布法、印刷法、ラミネート法等により形成することができる。
また、開口部１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂは、例えば樹脂層を構成するポリイミド等の膜を全面的に成膜した後にフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることによって形成することができる。
【００２６】
次いで、絶縁層を設けて表面の絶縁化を図った状態にある基板１０１’の上に、Ｘ素子およびＹ素子を形成する。その形成方法としては、例えばＣｏＮｂＺｒ等合金ターゲットを用いたＲＦスパッタ法により厚さ１μｍ乃至１０μｍのアモルファス磁性薄膜を成膜する方法が挙げられる。
このアモルファス磁性薄膜を加工する際に用いるマスクとしては、例えば感光性の樹脂を用いたフォトリソグラフィ技術により磁性薄膜上に設けた任意のレジストパターンを利用する。マスク形成後、感光性樹脂をエッチングマスクとして、例えばイオンビームエッチングを用い、任意のレジストパターンに沿ってアモルファス磁性薄膜を微細加工すればよい。このエッチング処理により、所望のパターンからなるＸ素子やＹ素子を形成することができる。
【００２７】
以上の説明においては、アモルファス磁性薄膜の微細加工法としてイオンビームエッチング法を挙げているが、反応性イオンエッチング法等の他のドライエッチッグ加工法を適用しても良いし、ウェットエッチング加工法や、メタルマスク法を用いた加工法を用いても構わない。また、上述したレジストパターンとは反転したレジストパターンを形成し、リフトオフ法により所望のパターンからなるＸ素子やＹ素子を形成しても良い。
【００２８】
上記説明においては、磁気検出素子を構成する磁性材料としてＣｏＮｂＺｒを用いる例を挙げたが、この材料に限定されるものではなく、搬送波信号の周波数帯において軟磁性であり、高透磁率を示す材料であれば如何なる材料でも用いることができる。
【００２９】
最後に、感光性樹脂を剥離液又はプラズマエッチングで除去することにより、Ｘ素子１０２およびＹ素子１０３を得る。その後、Ｘ素子１０２およびＹ素子１０３の電極となる部分（１０２’、１０２”、１０３’、１０３”）とＸ素子用およびＹ素子用の搬送波信号の入出力端子（１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ）との間を、Ｚ素子１０４と同様に、めっき法又はスパッタ法により作製されたＣｕ等の導電材料で接続する。あるいは、特に導電材料を成膜せずに、磁性薄膜を直接接続しても構わない。
以上の手順により、図５に外観構成を平面図により示した形態の３軸方向磁場検出装置が得られる。
【００３０】
ところで、上述した磁場検出装置は、これを構成する基板に、磁場検出素子（例えばＺ素子）の出力電圧を検出する検出手段を具備しても良い。検出手段が基板に設けてあれば、別体として基板に付設する必要がなくなるので、磁場検出装置の小型化、薄型化および軽量化が損なわれないので好ましい。
【００３１】
なお、上述した態様例に係るＸ素子、Ｙ素子および／またはＺ素子に磁気異方性を付与したり、あるいは熱処理を施したアモルファス磁性材料を用いても良い。
【００３２】
また、各素子の近傍や各素子の周囲に、コイルや磁石を配置することにより、各素子の磁界検出方向にバイアス磁界を印加しても構わない。バイアス磁界を印加することにより、各素子の動作点を最も高感度な位置にすることが可能となり、各素子における検出出力の直線性を向上できる。
【００３３】
さらに、上述した態様例においては、単一の基板１０１上に３つの素子（Ｘ素子、Ｙ素子、Ｚ素子）を作製する場合を例にして説明したが、貫通孔を用いたＺ素子を有する基板に、これとは別体として作製されたＸ素子およびＹ素子を実装することにより３軸方向磁場検出装置を形成しても良い。
【００３４】
なお、上述した態様例においては、磁場検出素子として磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を設ける場合を例として説明したが、ＭＩ素子に代えてホール素子や磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、フラックスゲートセンサ等を適用しても、本発明に係る作用・効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、磁場検出素子を基板の外部に突出させずに設けることが可能となるので、磁場検出装置の小型化、薄型化および軽量化が図れる。また、基板に内蔵された素子（例えばＺ素子）に加えて、この基板の一方の面もしくは両方の面にＸ素子やＹ素子を設けることにより、小型化、薄型化および軽量化が図れた３軸方向磁場検出装置の提供が可能となる。
【００３６】
ゆえに、本発明に係る磁場検出装置は、従来の装置と比較して特に薄型で軽量とすることができるので、この装置を搭載してなる機器、例えば携帯電話やＰＤＡ、腕時計、ＧＰＳ等の各種機器の軽薄短小化に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】磁場検出装置の基板に貫通孔を設けた状態の一例を示す図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は線分Ａ−Ａ’における断面図を表す。
【図２】磁場検出装置の基板に設けた貫通孔に磁性材料を充填し、磁性材料を線状に結合させて１つ目の素子を形成した状態を示す断面図である。
【図３】磁場検出装置の基板に２つ目及び３つ目の素子用の開口部を確保しつつ、基板面に絶縁層を設けた状態を示す平面図である。
【図４】絶縁層上に２つ目及び３つ目の素子を形成した状態を示す平面図であり、本発明に係る３軸方向磁場検出装置の一例を示す図である。
【図５】従来の磁場検出装置の一例を示す図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は線分Ｂ−Ｂ’における断面図を表す。
【符号の説明】
【００３８】
１００ 磁場検出装置、１０１ 基板、１０１’ 絶縁化を図った状態にある基板、１０２ 磁場検出素子（Ｘ素子）、１０２’、１０２” Ｘ素子の電極部、１０２ａ、１０２ｂ Ｘ素子用の開口部、１０３ 磁場検出素子（Ｙ素子）、１０３’、１０３” Ｙ素子の電極部、１０３ａ、１０３ｂ Ｙ素子用の開口部、１０４ 磁場検出素子（Ｚ素子）、１０６ 貫通孔、１０７ 磁性材料、１０７ａ〜１０７ｄ 磁性材料が充填された貫通孔、１０８ 導電材料。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場検出装置およびその製造方法に係り、より詳細には、基板の厚み方向に磁場検出素子を内蔵させてなる磁場検出装置と、基板に設けた貫通孔を利用して磁場検出素子を形成する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器や計測、制御機器の高性能化、小型薄型化および低コスト化が急速に進み、これらの急速な発展に伴い、それらに用いられる磁気センサにも小型、低コスト、高感度などの要求が高くなってきている。
【０００３】
従来から用いられている磁気センサとしてはホール素子、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、フラックスゲートセンサなどが知られている。これらセンサへの小型化、高感度化、大レンジ化への要求としては、例えば、コンピュータの外部記憶装置としてのハードディスク装置に用いられる磁気ヘッドには、従来のバルクタイプの誘導型磁気ヘッドからＭＲヘッドへと高性能化が進んでおり、現在ではＧＭＲ素子を適用しようとする研究が活発に行われている。また、モータの回転センサであるロータリエンコーダではマグネットリングの微小化に伴い、外部に漏れる磁束が微小になっており、現在のＭＲ素子に変わり高感度な磁気センサが要求されている。
【０００４】
これらの要求を満たす為、磁気インピーダンス素子（以下、ＭＩ素子とも略称する）と呼ばれる、外部印加磁界や周波数の関数としてそのインピーダンスの変化から、外部磁場の大きさそのものを検出する検出素子が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
また、この磁気インピーダンス素子と呼ばれる高周波キャリア型磁場検出素子を用いて、磁場ベクトルの異なる２成分を測定する装置が提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００６】
磁界検出センサは１つの素子で一軸磁界成分を検出することが可能である。２つの素子を用いる場合、外部磁界の第一軸成分を検出する為に配設された第一感磁素子と、第一感磁素子が配設される面と共通法線を有する面に配設された外部磁界の少なくとも他の一つの第二成分を検出する為に配設された第二感磁素子とからなる磁界検出装置として用いることにより、第一軸、第二軸を水平面に取れば水平成分中の第一軸方向の地磁気と第二軸方向の地磁気との大きさの比から、水平面における方向を検出する方位検出装置として用いることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、上記技術により検出可能となるのは任意の磁場ベクトルの２成分までである。従来、２個の磁気センサだけでは水平回転の二次元の方向もしくは回転角しか検出することができない。正確な方位の検出や姿勢制御には任意の磁場ベクトルの第三成分を検出する必要がある。
【０００８】
この第三成分を検出するためには、例えば、予め一方向の磁場を検出する磁場検出センサを作製した後、装置基板上に３つの成分を検出する素子として個別に配置するか、または面内に２つの成分を検出する素子を作製した後、残り１つの成分を検出する素子を配置しなければならない。従来の技術においては、同一基板上に作製可能な素子は基板面に平行な２つの成分までであった（特許文献３参照）。
【０００９】
図５は、従来の磁場検出装置の一例を示す図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は線分Ｂ−Ｂ’における断面図を表す。図５において、２００は磁場検出装置、２０１は第一基板、２０２はＸ素子（第一軸成分を検出する為に配設された第一感磁素子）、２０３はＹ素子（第二成分を検出する為に配設された第二感磁素子）、２０４はＺ素子（第三成分を検出する為に配設された第三感磁素子）、２０５は第二基板である。
【００１０】
図５に示すように、３つの成分を検出する為には、予め２つの成分（例えば第一成分と第二成分）を検出するためのＸ素子２０２とＹ素子２０３が一面に配された第一基板（装置基板ともよぶ）２０１と、残り１つの成分（例えば第三成分）を検出するためのＺ素子２０４を備えた第二基板２０５とを用意し、Ｚ素子２０４を含む面が第一基板２０１の一面に対して垂直をなすように、第二基板２０５を第一基板２０１に搭載する必要がある。
【００１１】
しかしながら、磁場検出素子は検出する磁場方向に長さが必要となるので、第一基板２０１に垂直方向の磁場を検出する素子（Ｚ素子２０４）を搭載する場合は高さ成分が増加してしまい、必然的に小型化には限界が生じるため、磁場検出装置が大型になってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開平０６−１７６９３０号公報
【特許文献２】特開平０６−２８１７１２号公報
【特許文献３】特開２００３−３５７５７号公報
【特許文献４】特開２００１−２９６１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、基板から突出させることなく磁場検出素子を配し、装置の小型化を図ることが可能な、磁場検出装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に係る磁場検出装置（以下、第一の磁場検出装置とも呼ぶ）は、基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなる磁場検出素子を具備したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２に係る磁場検出装置（以下、第二の磁場検出装置とも呼ぶ）は、互いに直交する３軸方向の磁場をそれぞれ検出する３つの磁場検出素子を基板に備えてなる磁場検出装置であって、前記磁場検出素子のうち少なくとも１つは、前記基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項３に係る磁場検出装置は、請求項１又は２において、前記基板は、前記磁場検出素子の出力電圧を検出する検出手段を具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項４に係る磁場検出装置の製造方法は、基板を貫通する貫通孔に磁性材料を充填して磁場検出素子を形成する工程を少なくとも具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る第一の磁場検出装置は、基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなる磁場検出素子を備えているので、磁場検出素子の本体すなわち磁場検出素子が検出する磁場方向に要する長さ部分を、基板の厚み方向に収納した形態とすることができる。つまり、第一の磁場検出装置は、磁場検出素子を基板の外部に突出させずに設けることが可能となるので、磁場検出装置の小型化、薄型化および軽量化が図れる。
【００１８】
本発明に係る第二の磁場検出装置は、互いに直交する３軸方向の磁場をそれぞれ検出する３つの磁場検出素子を基板に備えてなる磁場検出装置であって、前記磁場検出素子のうち少なくとも１つは、前記基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなる。
かかる構成によれば、２つの成分（例えば第一成分と第二成分）を検出するためのＸ素子とＹ素子が基板の一面に配置し、かつ、残り１つの成分（例えば第三成分）を検出するためのＺ素子の本体すなわち磁場検出素子が検出する磁場方向に要する長さ部分を、基板の厚み方向に収納した形態とすることができる。ここで、基板の厚み方向に収納した形態とは、基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を意味する。ゆえに、本発明は、第一成分と第二成分を検出するＸ素子とＹ素子は基板面内に、第三成分を検出するためのＺ素子は基板の外部に突出させず基板の肉厚内に、それぞれ設けることが可能となるので、小型化、薄型化および軽量化の図れた３軸方向磁場検出装置（第二の磁場検出装置）をもたらす。
【００１９】
本発明に係る磁場検出装置の製造方法は、基板を貫通する貫通孔に磁性材料を充填して磁場検出素子を形成する工程を少なくとも具備している。
かかる構成よれば、前述した第一または第二の磁場検出装置において、基板の厚み方向に収納した形態をなす磁場検出素子を作製できる。ゆえに、上記工程を少なくとも備えた製法は、本発明に係る第一または第二の磁場検出装置の提供に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では、本発明に係る磁場検出装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１〜図４は、本発明に係る磁場検出装置を作製する手順の一例を示す図であり、分かりやすいように構成要素を適宜誇張して描いてある。
図１は、本発明に係る磁場検出装置の基板に貫通孔を設けた状態の一例を示す図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は線分Ａ−Ａ’における断面図を表す。
図２は、基板に設けた貫通孔内に磁性材料を充填し、磁性材料を線状に結合させて１つ目の素子（例えばＺ素子）を形成した状態を示す断面図である。
図３は、２つ目及び３つ目の素子（例えばＸ素子、Ｙ素子）用の開口部を確保しつつ、基板面に絶縁層を設けた状態を示す平面図である。
図４は絶縁層上に２つ目及び３つ目の素子を形成した状態を示す平面図であり、本例に係る３軸方向磁場検出装置の一例を示す図である。
【００２２】
先ず、図１に示すように、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）の電子回路（不図示）を集積化してある磁場検出素子用の基板１０１に貫通孔１０６を形成する。
基板１０１としてシリコンを用いる場合は、貫通孔を形成する手法として光電解研磨法を用いることにより指定の箇所に貫通孔を設けることが可能となる。光電解研磨法により指定の箇所に貫通孔を形成する手法については、ここでは詳細は省略するが、例えば特開２００２−１６１４００号公報に開示されている手法などが適用できる。
なお、基板１０１を構成する材料としてはシリコンの他に、例えばセラミックス、ＰＣＢ樹脂、ガラス等などからなる平板状の基材が好適に用いられる。また、貫通孔の形成方法については光電解研磨法の他に、例えばＤｅｅｐＲＩＥ法、ドリル法、サンドブラスト法などを用いても良い。
【００２３】
次に、基板１０１の貫通孔１０６に溶融金属吸引法を用いてＣｏＮｂＺｒ等の磁性材料１０７を充填する。この後、基板１０１の両面に対してフォトレジストを用いたフォトリソグラフィおよびＣｕめっき法等を用い、磁性材料で充填された貫通孔１０７ａ〜１０７ｄを導電材料１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄで接続し、Ｚ軸方向のＭＩ素子をつづら折り状とする。また導電材料１０８ａ、１０８ｅを用い、搬送波信号回路と接続された入出力端子１０４ａ、１０４ｂと貫通孔１０７ａ、１０７ｄとをそれぞれ接続する。その後、フォトレジストをアルカリ剥離液又はプラズマエッチング法で除去する。
これにより、図２に示すような磁性材料が充填された貫通孔１０７を導電材料１０８で接続してなる基板１０１を得る。
ここで作製した導電材料は、貫通孔に充填した個々の磁性材料を接続することにより、素子長を延ばした形態を実現する。この形態は、磁気検出素子のインピーダンスの増加をもたらし、ひいては検出磁界感度の向上に寄与する。
【００２４】
この発明に係る磁気検出素子は、上記溶融金属吸引法で作製した磁性材料に限らず、全ての磁性材料で有効である。つまり、ＮｉＦｅやＦｅＣｏＳｉＢ、ＣｏＮｂＺｒ等の非晶質磁性材料や結晶性磁性材料を用いた場合においても同様である。また、貫通孔充填方法についても何ら限定されるものではなく、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ、めっき法等が使用できる。貫通孔を接続する材料もＣｕに限らず、成膜方法もスパッタ法等を用いることにより、ＡｇやＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等、Ｃｕ以外に多様な材料を用いることができる。
【００２５】
次いで、図３に示すように、Ｘ軸方向を検知するＭＩ素子（Ｘ素子）とＹ軸方向を検知するＭＩ素子（Ｙ素子）に対して、それぞれ搬送波信号の入出力端子に整合する位置に開口部１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂを有する絶縁層を形成する。図３において、１０１’は例えば絶縁層を設けて表面の絶縁化を図った状態の基板を表す。
その際、絶縁層を構成する材料としては、例えば窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。このような絶縁層は、例えばＣＶＤ法、回転塗布法、印刷法、ラミネート法等により形成することができる。
また、開口部１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂは、例えば樹脂層を構成するポリイミド等の膜を全面的に成膜した後にフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることによって形成することができる。
【００２６】
次いで、絶縁層を設けて表面の絶縁化を図った状態にある基板１０１’の上に、Ｘ素子およびＹ素子を形成する。その形成方法としては、例えばＣｏＮｂＺｒ等合金ターゲットを用いたＲＦスパッタ法により厚さ１μｍ乃至１０μｍのアモルファス磁性薄膜を成膜する方法が挙げられる。
このアモルファス磁性薄膜を加工する際に用いるマスクとしては、例えば感光性の樹脂を用いたフォトリソグラフィ技術により磁性薄膜上に設けた任意のレジストパターンを利用する。マスク形成後、感光性樹脂をエッチングマスクとして、例えばイオンビームエッチングを用い、任意のレジストパターンに沿ってアモルファス磁性薄膜を微細加工すればよい。このエッチング処理により、所望のパターンからなるＸ素子やＹ素子を形成することができる。
【００２７】
以上の説明においては、アモルファス磁性薄膜の微細加工法としてイオンビームエッチング法を挙げているが、反応性イオンエッチング法等の他のドライエッチッグ加工法を適用しても良いし、ウェットエッチング加工法や、メタルマスク法を用いた加工法を用いても構わない。また、上述したレジストパターンとは反転したレジストパターンを形成し、リフトオフ法により所望のパターンからなるＸ素子やＹ素子を形成しても良い。
【００２８】
上記説明においては、磁気検出素子を構成する磁性材料としてＣｏＮｂＺｒを用いる例を挙げたが、この材料に限定されるものではなく、搬送波信号の周波数帯において軟磁性であり、高透磁率を示す材料であれば如何なる材料でも用いることができる。
【００２９】
最後に、感光性樹脂を剥離液又はプラズマエッチングで除去することにより、Ｘ素子１０２およびＹ素子１０３を得る。その後、Ｘ素子１０２およびＹ素子１０３の電極となる部分（１０２’、１０２”、１０３’、１０３”）とＸ素子用およびＹ素子用の搬送波信号の入出力端子（１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ）との間を、Ｚ素子１０４と同様に、めっき法又はスパッタ法により作製されたＣｕ等の導電材料で接続する。あるいは、特に導電材料を成膜せずに、磁性薄膜を直接接続しても構わない。
以上の手順により、図５に外観構成を平面図により示した形態の３軸方向磁場検出装置が得られる。
【００３０】
ところで、上述した磁場検出装置は、これを構成する基板に、磁場検出素子（例えばＺ素子）の出力電圧を検出する検出手段を具備しても良い。検出手段が基板に設けてあれば、別体として基板に付設する必要がなくなるので、磁場検出装置の小型化、薄型化および軽量化が損なわれないので好ましい。
【００３１】
なお、上述した態様例に係るＸ素子、Ｙ素子および／またはＺ素子に磁気異方性を付与したり、あるいは熱処理を施したアモルファス磁性材料を用いても良い。
【００３２】
また、各素子の近傍や各素子の周囲に、コイルや磁石を配置することにより、各素子の磁界検出方向にバイアス磁界を印加しても構わない。バイアス磁界を印加することにより、各素子の動作点を最も高感度な位置にすることが可能となり、各素子における検出出力の直線性を向上できる。
【００３３】
さらに、上述した態様例においては、単一の基板１０１上に３つの素子（Ｘ素子、Ｙ素子、Ｚ素子）を作製する場合を例にして説明したが、貫通孔を用いたＺ素子を有する基板に、これとは別体として作製されたＸ素子およびＹ素子を実装することにより３軸方向磁場検出装置を形成しても良い。
【００３４】
なお、上述した態様例においては、磁場検出素子として磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を設ける場合を例として説明したが、ＭＩ素子に代えてホール素子や磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、フラックスゲートセンサ等を適用しても、本発明に係る作用・効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、磁場検出素子を基板の外部に突出させずに設けることが可能となるので、磁場検出装置の小型化、薄型化および軽量化が図れる。また、基板に内蔵された素子（例えばＺ素子）に加えて、この基板の一方の面もしくは両方の面にＸ素子やＹ素子を設けることにより、小型化、薄型化および軽量化が図れた３軸方向磁場検出装置の提供が可能となる。
【００３６】
ゆえに、本発明に係る磁場検出装置は、従来の装置と比較して特に薄型で軽量とすることができるので、この装置を搭載してなる機器、例えば携帯電話やＰＤＡ、腕時計、ＧＰＳ等の各種機器の軽薄短小化に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】磁場検出装置の基板に貫通孔を設けた状態の一例を示す図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は線分Ａ−Ａ’における断面図を表す。
【図２】磁場検出装置の基板に設けた貫通孔に磁性材料を充填し、磁性材料を線状に結合させて１つ目の素子を形成した状態を示す断面図である。
【図３】磁場検出装置の基板に２つ目及び３つ目の素子用の開口部を確保しつつ、基板面に絶縁層を設けた状態を示す平面図である。
【図４】絶縁層上に２つ目及び３つ目の素子を形成した状態を示す平面図であり、本発明に係る３軸方向磁場検出装置の一例を示す図である。
【図５】従来の磁場検出装置の一例を示す図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は線分Ｂ−Ｂ’における断面図を表す。
【符号の説明】
【００３８】
１００ 磁場検出装置、１０１ 基板、１０１’ 絶縁化を図った状態にある基板、１０２ 磁場検出素子（Ｘ素子）、１０２’、１０２” Ｘ素子の電極部、１０２ａ、１０２ｂ Ｘ素子用の開口部、１０３ 磁場検出素子（Ｙ素子）、１０３’、１０３” Ｙ素子の電極部、１０３ａ、１０３ｂ Ｙ素子用の開口部、１０４ 磁場検出素子（Ｚ素子）、１０６ 貫通孔、１０７ 磁性材料、１０７ａ〜１０７ｄ 磁性材料が充填された貫通孔、１０８ 導電材料。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなる磁場検出素子を具備したことを特徴とする磁場検出装置。
【請求項２】
互いに直交する３軸方向の磁場をそれぞれ検出する３つの磁場検出素子を基板に備えてなる磁場検出装置であって、
前記磁場検出素子のうち少なくとも１つは、前記基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなることを特徴とする磁場検出装置。
【請求項３】
前記基板は、前記磁場検出素子の出力電圧を検出する検出手段を具備したことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁場検出装置。
【請求項４】
基板を貫通する貫通孔に磁性材料を充填して磁場検出素子を形成する工程を少なくとも具備していることを特徴とする磁場検出装置の製造方法。
【請求項１】
基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなる磁場検出素子を具備したことを特徴とする磁場検出装置。
【請求項２】
互いに直交する３軸方向の磁場をそれぞれ検出する３つの磁場検出素子を基板に備えてなる磁場検出装置であって、
前記磁場検出素子のうち少なくとも１つは、前記基板を貫通する貫通孔に充填された磁性材料を用いてなることを特徴とする磁場検出装置。
【請求項３】
前記基板は、前記磁場検出素子の出力電圧を検出する検出手段を具備したことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁場検出装置。
【請求項４】
基板を貫通する貫通孔に磁性材料を充填して磁場検出素子を形成する工程を少なくとも具備していることを特徴とする磁場検出装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１１９０８７（Ｐ２００６−１１９０８７Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０９６２０（Ｐ２００４−３０９６２０）
【出願日】平成１６年１０月２５日（２００４．１０．２５）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２５日（２００４．１０．２５）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]